唐山某深部煤矿综采工作面矿压显现特征与控制研究

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煤炭资源一直是我国的主导能源,但随着浅部可采煤炭资源的日益减少,深部煤炭资源的大力开发将是我国未来的必然选择。深部煤矿具有高地应力、高冲击矿压倾向性等特征,矿压显现更强烈、更频繁。本文以唐山某深部煤矿3191E工作面为工程背景,通过理论分析,数值模拟,现场矿压监测等手段,对深部煤矿综采工作面矿压显现特征进行系统研究,并针对性地提出了该工作面的矿压控制方法。本文主要研究内容如下:(1)确定了覆岩中关键层的位置及破断步距。通过关键层理论,确定了覆岩中关键层的位置;基于弹性薄板理论,构建了关键层破断步距计算的力学模型,分析了工作面推进过程中顶板的应力变化特征,求得了关键层破断步距,并揭示了工作面出现大小周期来压的内在原因。(2)建立了3191E工作面的三维数值计算模型。结合工程地质信息,通过仿真模拟研究,得到了工作面不同推进距离下覆岩的应力演化规律、塑性破坏演化规律以及巷道围岩的应力分布特征、塑性破坏区分布特征。(3)监测了工作面支架阻力和巷道周围煤岩体应力的变化情况。对工作面矿压进行实测研究,通过分析支架阻力监测数据,得到了工作面初次来压规律、周期来压规律及相应的来压特征参数;通过分析巷道周围煤岩体应力监测数据,得到了巷道周围煤岩体的应力变化规律及超前支承压力对巷道围岩的影响范围。(4)验算了支架工作阻力和巷道锚杆支护参数的合理性。建立了关键层破断后结构形态的判别公式,并针对关键层破断后的不同结构形态构建了支架工作阻力的计算模型,进而计算出支架合理工作阻力;同时基于悬吊理论验证了巷道锚杆支护参数的合理性,最后针对性地提出了该工作面的矿压控制方法。
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